Рейтинг
Каталог
Порталус
база публикаций

ТЕХНОЛОГИИ есть новые публикации за сегодня \\ 19.11.18


История науки. ТИТАН ОТЕЧЕСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Дата публикации: 13 декабря 2013
Автор: Академик К.В. ФРОЛОВ, директор Института машиноведения им. А.А. Благонравова (ИМАШ) РАН
Публикатор: Александр Павлович Шиманский
Рубрика: ТЕХНОЛОГИИ
Источник: (c) http://portalus.ru
Номер публикации: №1386944506 / Жалобы? Ошибка? Выделите проблемный текст и нажмите CTRL+ENTER!


Академик К.В. ФРОЛОВ, директор Института машиноведения им. А.А. Благонравова (ИМАШ) РАН, (c)

найти другие работы автора

Постановлением Президиума АН СССР 13 ноября 1938 г. в составе Отделения технических наук был образован Институт машиноведения как центр фундаментальной науки. А через три дня состоялось расширенное заседание бюро и актива ЦК Союза научных работников. В их решениях отмечено: "Признать создание Института машиноведения в составе Академии наук своевременным и приветствовать в его лице компетентный орган технической политики в области машиноведения". Небезынтересно, что вначале число сотрудников института составляло 26 человек. Сегодня ИМАШ - признанный лидер в области технических наук и один из ведущих научных центров страны, имеющий огромный авторитет как в России, так и за рубежом.

Коллектив института внес весомый вклад в развитие отечественного машиностроения до 1941 г., выполнил ряд ответственных задач в интересах обороны страны во время Великой Отечественной войны, а после Победы его сотрудники активно включились в восстановление народного хозяйства, проводя фундаментальные и прикладные изыскания.

За время существования этого научного центра в нем были созданы ведущие научные школы академиков Е. А. Чудакова, А. А. Благонравова, И. И. Артоболевского, Н. Г. Бруевича, В. И. Дикушина, Ю. Н. Работнова, академиков АН УССР В. О. Кононенко и С. В. Серенсена, профессоров А. И. Дьячкова, И. В. Крагельского, А. И. Петрусевича, С. В. Пинегина, Н. И. Пригоровского, М. М. Хрущева и многих других.

Основателем и первым директором института до последних дней своей жизни (с 1938 по 1953 г.) был академик Е. А. Чудаков, заложивший научный фундамент отечественного автомобилестроения. Его труды по устойчивости и управляемости автомобилем получили мировое признание. С той поры это направление всегда занимало достойное место в исследованиях наших специалистов. Так, сравнительно недавно было подписано соглашение о проведении комплекса поисковых работ с АО "Москвич", а несколько ранее - с заводом "ЗИЛ". Уже несколько лет вместе с нижегородским автомобильным заводом "ГАЗ" мы изучаем акустику автомобиля.

С 1954 по 1975 г. ИМАШ возглавлял академик, генерал-лейтенант А. А. Благонравов. Он широко известен как исследователь в области стрелкового и автоматического оружия, президент Академии артиллерийских наук. Вместе с тем он внес существенный вклад в изучение верхних слоев земной атмосферы с помощью высотных геофизических ракет. С 1978 г. институт носит имя А. А. Благонравова.

С 1975 г. ИМАШ возглавляет академик К. В. Фролов. Следует отметить, что и сегодня, несмотря на известные трудности переходного периода, коллектив института успешно решает ряд комплексных проблем по совершенствованию ракетной и космической техники.

В 1963 г. Отделение технических наук АН СССР было ликвидировано. И институт, оставаясь под методическим руководством АН СССР, оказался сначала в составе Комитета по автоматизации и машиностроению, а затем Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности. Этот опыт "перестройки" нарушил его нормальную работу и не способствовал развитию технических наук. Поэтому руководство приложило огромные усилия по возвращению этого института в состав АН СССР, что и произошло в 1980 г.

В 1975-1980 гг. на ИМАШ был возложен ряд задач в области космической техники, виброзащиты, создания новых материалов, авиационной, атомной и специальной техники. А несколько позже стало актуальным радикальное развитие машиноведения в стране. В этой связи в 1985 г. был организован филиал ИМАШа в Свердловске (ныне Екатеринбург). В последующие годы появились филиалы в Ленинграде, Горьком, Куйбышеве (ныне Санкт- Петербург, Нижний Новгород, Самара) и Саратове. Тогда же для усиления роли АН СССР в решении научных проблем машиностроения Отделение механики процессов управления было преобразовано в Отделение проблем машиностроения и механики процессов управления. Предполагалось, что в перспективе, по мере развития филиалов ИМАШа, Отделение получит самостоятельность. Сегодня этот вопрос становится особенно актуальным.

Исследования и разработки ИМАШа направлены на решение конкретных задач повышения прочности, надежности, безопасности конструкций, динамической нагруженности и виброакустики, применения новых конструкционных материалов - композитов, а также улучшения аэродинамических характеристик механических систем. К числу разрабатываемых проблем относятся робототехнические устройства, углубление фундаментальных исследований в области механики, безопасности сложных инженерных сооружений.

Так, из теории хрупкого разрушения и нелинейной механики, диаграмм разрушений и оценки критериев живучести следует, что различные инженерные конструкции имеют разный жизненный цикл. Например, трубопроводы могут подвергаться так называемой "малоцикловой усталости", обусловленной тем, что в течение суток в них меняется нагрузка. Это вызывает серьезные повреждения и приводит к авариям. В целом же жизненный цикл современных энергетических и транспортных систем колеблется от долей секунды до десятков лет. Исходя из этого, за последние годы наши ученые создали методы анализа напряжений в трехмерных фотоупругих моделях конструкций (замораживаемых, с вклейками, просвечиваемых рассеянным светом); в быстроходных роторах машин (турбонасосных агрегатах, сепараторах, центрифугах и т.д.); определения напряжений в натурных автомобильных шинах с помощью фотоупругих вклеек. Разработаны различные типы хрупких техночувствительных покрытий и технологий их применения; канифольных (работающих при температурах от -200 до +200 С) и стеклоэмалевых покрытий (при температурах от -250 до +400 С), находящихся в среде масла, воды, криогенных жидкостей и др. Они функционируют в условиях меняющегося давления, вибрации и вибрационных напряжений, при экстремальных воздействиях жидкометаллических, газовых, паровых и водяных теплоносителей, радиации.

Следует отметить огромный вклад сотрудников ИМАШа в обоснование прочности, ресурса, живучести и безопасности крупнейших энергомашин. Речь, в том числе, идет об уникальных тепловых и гидравлических турбинах мощностью 200 МВт для ГЭС и ТЭС; энергетических реакторах на нейтронах ВВЭР-210, ВВЭР-365, ВВЭР-440, ВВЭР-1000 для АЭС России, Украины, Чехии, Словакии, Финляндии, Германии, Болгарии, Венгрии; энергетических реакторах на быстрых нейтронах БН-350, БН-600, БН-800(*); энергетических реакторах канального типа РБМК; термоядерных установках ТОКАМАК Т-14, ИТЭР АНГАРА-5(**); атомных станциях теплоснабжения ACT-50; ядерных паропроизводящих установках для надводных и подводных судов; ракетно-космических системах многоразового использования "Энергия - Буран"; крупнейших аэродинамических трубах Т-128, Т-101; авиационных системах НК-86, ТУ-204; магистральных продукто-, нефтегазопроводах; уникальных химических комплексах с резервуарами объемом до 50000 м3 (города Буденновск, Дзержинск, Сургут).

На основе новейших достижений в теории машин и механизмов ученые, инженеры и конструкторы ИМАШа создали оригинальные агрегаты типа лунохода, механизмы стыковки космических кораблей, роботы и манипуляторы, аппараты для глубоководных исследований и т. д.

В минувшие десятилетия значительно повысились рабочие скорости машин. Это привело не только к увеличению динамических нагрузок на их рабочие органы и звенья механизмов, но и к резкому росту уровня вибрации и порождаемого ею шума. Следует отметить, что вибрации сопутствуют работе любой машины. Потому-то в последние годы проблема виброзащиты машин и снижения их шума стала предметом глубоких исследований в ИМАШе. Изучение системы "человек - машина - среда" становится самостоятельным научным направлением(***). Оно особенно актуально с точки зрения использования резонансных и вибрационных эффектов с целью создания высокоэкономичных и высокопроизводительных машин для разработки твердых горных пород; измельчения, перемешивания, транспорта сыпучих грузов; проката железобетонных изделий; упрочнения деталей машин. То же направление будет способствовать появлению более действенных средств виброзащиты человека-оператора, управляющего высокоскоростными транспортными средствами и летательными аппаратами.

Простейший принцип, помогающий бороться с вибрацией, - устранение ее источника (обычно это дисбаланс, т. е. неуравновешенность вращающихся деталей - например, роторов в машинах). Наряду с традиционными методами балансировки с этой целью оказалось возможным применять лазеры. С их помощью определение и устранение дисбаланса ротора осуществляется за одну операцию (лазерный луч просто испаряет лишнюю массу), причем не требующую участия специального оператора, что открывает перспективу полной или частичной автоматизации соответствующих процессов. В сочетании с ЭВМ лазерные балансировочные станки производят обработку роторов массой до 100 т и более.

В институте предложены основы методов проектирования малошумных машин с учетом процессов звукообразования и снижения их виброакустической активности. В ходе решения поставленных задач получен ряд новых физических моделей звукообразования в некоторых типах источников механического, аэро- и гидродинамического происхождения. В частности, разработаны адекватные динамические модели зубчатых передач, позволившие рассчитывать их колебания (вызванные технологическими погрешностями обработки, сборки и упругими деформациями).

В ИМАШе созданы математические методы и средства для исследования биомеханических характеристик

--------------------------------------------------------------------------------
* См.: В. И. Субботин. Атомная энергетика: взгляд в будущее через прошлое. - Наука в России N 6, 1996; N 1, 1997 (прим. ред.).

** См.: В. А. Матвеев, А Д. Перекрестенко. В Троицке нейтронный "новорожденный". - Наука в России, 1999, N 6 (прим. ред.).

*** См.: К. В. Фролов. Мы колеблемся - значит живем. - Наука в России, 1995, N 5 (прим. ред.).

--------------------------------------------------------------------------------
человека-оператора. На их основе предложены эффективные способы снижения вибрационных нагрузок, защиты от внешних неблагоприятных воздействий окружающей среды. Здесь теперь появились вибрационные компьютерные и лазерные стенды собственной конструкции для изучения эргономических аспектов работы человека и машины в экстремальных условиях и предсказания развития процессов взаимодействия в системе "человек - машина - среда"; методики улучшения мест водителей при компоновке кабин согласно критериям эргономической совместимости. На основе анализа поведения механических систем и человека-оператора в условиях микрогравитационных воздействий проводятся мероприятия по медико-биологическому обеспечению безопасности и эффективности работы космонавтов, поддержанию их здоровья и профессионального долголетия.

Разработаны технологии и комплекс технических средств для ультразвуковой терапии и хирургии, а также семейство кремний-сапфировых датчиков для измерения давления в человеческом организме.

Предложена математическая модель вибронагруженности и демпфирования элементов космических кораблей. Оценены предельные возможности системы подавления колебаний с учетом критериев работы активных сил. Рассмотрено оптимальное проектирование смешанной пассивно-активной системы подавления колебаний, основанное на решении обратных и оптимальных задач динамики. Это было использовано для подавления колебаний космических аппаратов по универсальной методике, основанной на оптимальном сочетании широкополосной компенсации динамических сил и управляемого демпфирования.

Институт машиноведения координировал выработку принципов и создание интерфейсов(*) между российской и американской частями конструкций международных космических станций "Мир" и "Альфа" (совместно с Ракетно- космической корпорацией "Энергия" и НПО им. С. А. Лавочкина). Вместе с тем были созданы методы оценки влияния аэродинамических факторов на относительное движение орбитальных систем из двух связанных между собой космических объектов.

Разработки института по управлению динамическими объектами позволили создать системы адаптивного (самоприспосабливающегося) ручного управления самолетом

--------------------------------------------------------------------------------
* Интерфейс - система унифицированных связей, предназначенная для обмена информацией между устройствами ЭВМ (прим. ред.).
--------------------------------------------------------------------------------
МиГ-21 БИС; автоматического захода на посадку самолета МиГ-29; программного обеспечения послеполетной оценки высотно-скоростных параметров космического корабля многоразового использования "Буран"; алгоритмического и аппаратного обеспечения комплекса измерения амплитудно-фазо-частотных характеристик динамических объектов. Кроме того, тут разработаны интегральная автоматизированная система для проведения наземных испытаний космических аппаратов; установка вибростимуляции в лечебно-профилактических целях; устройство для имитации ходьбы человека в условиях ограниченной подвижности "Вибросканер", а также для вибрационного тестирования и коррекции физиологических функций "Витекор".

Решение институтом фундаментальных и прикладных проблем трибологии (направление по изучению трения и износа узлов машин и механизмов в присутствии смазочных материалов) в машиностроении, связанных с повышением технического уровня, ресурса, надежности, точности новых поколений машин и оборудования, снижением их металлоемкости, имеют принципиальное значение для развития авиационной и космической техники, атомной энергетики, освоения океана, глубоких недр Земли, сельскохозяйственной техники, автоматизации технологических процессов. В рамках этого направления выполнены теоретические и экспериментальные исследования по теплофизике быстропротекающих процессов трения. Разработаны конструкции магнитожидкостных подшипников, магнитожидкостные композиции с широким диапазоном изменения эффективной вязкости в целях создания магнитоуправляемых демпфирующих устройств, гасителей колебания и ударов, магнитореологического инструмента для абразивной высокоточной обработки материалов. Созданы антифрикционные материалы на базе термостойких пластиков. В качестве смазки подшипников высокоскоростных валов апробировано применение воды. Предложены вакуумные ионно-плазменные технологии для модификации поверхностных слоев.

Предложенные лазерные методы обработки поверхностных слоев трущихся деталей, а также лазерно-плазменного нанесения металлокерамики стали основой для разработки технологических методов (в частности, вакуумно- плазменных) и материаловедческих принципов для получения качественных покрытий. При этом глубина упроченного слоя достигает 1-2 мм при лазерной закалке без оплавления поверхности, а твердость для среднеуглекислых сталей - 58-61 HRC; при мощности излучений 1,5-2 кВт производительность обработки достигает 1 см2/с. В результате высокой скорости охлаждения структура мелкоигольчатого мартенсита(*) отличается от получаемой при объемной закалке, а также имеет меньший (в 3-4 раза) размер зерна.

В итоге покрытия из тугоплавких химических соединений - нитридтитана и алюминия, сложные нитриды и оксиды титана или алюминия и др. - обладают износостойкостью на уровне твердых сплавов на основе карбамида вольфрама, дают значительную экономию высоколегированной стали тех же твердых сплавов (изготовленные этим способом подшипники скольжения - вкладыш двигателей внутреннего сгорания - по сравнению с традиционными имеют существенно выше несущую способность и ресурс эксплуатации). А рожденная тут лазерная технология нанесения металлокерамики на поверхности трения деталей и узлов, работающих в условиях сильного абразивного воздействия, больших нагрузок и резких температурных перепадов, обеспечивает сочетание

--------------------------------------------------------------------------------
* Мартенсит - структурная составляющая кристаллических твердых тел, возникающая в результате полиморфного превращения. С ним связано получение высокотвердой стали (прим. ред.).
--------------------------------------------------------------------------------
высокой пластичности и одновременно твердости соответствующих изделий.

В области теории механизмов в ИМАШе разрабатывают уникальные системы, определяющие базовые направления числового управления станками, биоэлектрического - протезами. При этом дистанционное управление демпфирующими характеристиками позволяет подготавливать изделие к эффективному гашению вибрационных и ударных нагрузок в момент их ожидаемого увеличения, например, при стыковке космических объектов или их посадке.

Одно из направлений исследований ИМАШа - реализация модульных принципов в производстве изделий. Это обеспечивает высокую гибкость, мобильность технологического процесса, позволяет в 5-10 раз сократить сроки и трудоемкость выпускаемых новых изделий.

В институте изучают комплексные экологически чистые и энергосберегающие технологии, включающие утилизацию вторичного тепла от канализационных и тепловых трасс с помощью специальных насосов (для отопления промышленных и жилых зданий, а также культурно-бытовых объектов), очистку воздуха в помещениях (на транспортных предприятиях, опасных производствах) от окислов СО, NО и других вредных примесей с помощью микробиологических фильтров; воды при промышленном водообороте на базе мембранной технологии и т.д.

В последние годы ИМАШ выполнял ряд исследований в рамках международных соглашений и контрактов по созданию перспективных конструкций, снижению фильтрации и аэро- и гидродинамических нагрузок, повышению прочности и надежности космических систем в условиях высоких и криогенных температур ("Мак-Доннел Дуглас", США); использованию техногеннобезопасных природосберегающих технологий в области энергетики и промышленности (ASME, США). Совместно с коллегами из институтов Варшавы и Радома (Польша) изучаются проблемы повышения долговечности машин и инструмента; с Академией наук Норвегии-задачи инженерной безопасности. Вибрационный анализ машин, работающих в тропическом климате, - тема совместного поиска ученых ИМАШа и Вьетнама; технология электро- стимулированного проката - предмет совместных исследований со "Special Metal Co" (Республика Корея).

В XXI в. ИМАШ примет участие в создании критических базовых технологий двойного назначения, способствующих кардинальному перевооружению гражданского машиностроения, например, в области технологии новых композиционных материалов, высокопрочных и хладостойких углеродистых и низколегированных сталей для стройиндустрии и машиностроения, а также технологий производства суперлегких сплавов на основе алюминия, магния, титана, бериллия. В связи с этим коллектив Института машиноведения продолжает активно трудиться.

Опубликовано 13 декабря 2013 года




Ваше мнение?


© Portalus.ru, возможно немассовое копирование материалов при условии обратной индексируемой гиперссылки на Порталус.

Загрузка...

Прямая трансляция:

Сегодня в тренде top-100


О Порталусе Рейтинг Каталог Авторам Реклама